Problemi sulle miscele e le leghe negli esami di chimica (EGE)

Compiti sulle miscele e leghe nell'Esame di Stato di Chimica
Autore dell'articolo: tutor professionista O. V. Ovchinnikova.
I compiti sulle miscele e leghe sono un tipo di problema molto comune nell'Esame di Stato di Chimica. Richiedono una comprensione chiara di quali sostanze partecipano alla reazione proposta nel problema e quali no.
Parliamo di miscele quando abbiamo più di una sostanza (componenti) "mescolate" in un contenitore. Queste sostanze non devono reagire tra di loro.

Errori comuni nella risoluzione dei compiti sulle miscele
Tentativo di scrivere entrambe le sostanze in una sola reazione.
Un errore comune è questo:
"Una miscela di ossidi di calcio e bario è stata disciolta in acido cloridrico..."
Molti studenti scrivono l'equazione della reazione come segue:

Questo è un errore, poiché in questa miscela potrebbero esserci diverse quantità di ciascun ossido! L'equazione riportata presume che ci sia una quantità uguale di entrambi.

Assunzione che il rapporto molare tra le sostanze corrisponda ai coefficienti nelle equazioni chimiche.
Ad esempio:
La quantità di zinco è presa come x, mentre la quantità di alluminio è presa come y (in base al coefficiente nell'equazione della reazione). Questo è anch'esso errato. Queste quantità possono essere qualsiasi cosa e non sono legate tra loro.

Tentativi di trovare "la quantità di sostanza nella miscela", dividendo la massa per la somma delle masse molari dei componenti.
Questa operazione non ha senso. Ogni massa molare si riferisce solo ad una singola sostanza.

Spesso, in questi compiti, viene utilizzata la reazione tra metalli e acidi. Per risolvere questi problemi, bisogna sapere con precisione quali metalli reagiscono con quali acidi e quali no.

Informazioni teoriche necessarie
Metodi per esprimere la composizione delle miscele.
La frazione massica di un componente in una miscela è il rapporto tra la massa del componente e la massa totale della miscela. Solitamente la frazione massica viene espressa in percentuale, ma non è obbligatorio.

Dove
– ω è la frazione massica del componente nella miscela,
– m è la massa del componente,
– M è la massa della miscela.

La frazione molare di un componente in una miscela è il rapporto tra il numero di moli (quantità di sostanza) del componente e il numero totale di moli di tutte le sostanze nella miscela. Ad esempio, se la miscela contiene le sostanze A, B e C, la frazione molare di A è:

Dove
– χ è la frazione molare del componente nella miscela,
– nA è il numero di moli del componente A.

Il rapporto molare dei componenti.
A volte nei problemi di miscela viene indicato il rapporto molare dei suoi componenti. Ad esempio:

Frazione volumetrica di un componente nella miscela (solo per i gas)
è il rapporto tra il volume del gas A e il volume totale della miscela di gas.

Dove
– φ è la frazione volumetrica del componente nella miscela,
– V è il volume della sostanza A,
– Vtot è il volume totale della miscela di gas.

Serie elettrochimica dei metalli.
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

Reazioni tra metalli e acidi.
Con gli acidi minerali, che includono tutti gli acidi solubili (eccetto l'acido nitrico e l'acido solforico concentrato, con i quali i metalli reagiscono in modo particolare), reagiscono solo i metalli che si trovano nella serie elettrochimica a sinistra dell'idrogeno.
Inoltre, i metalli che hanno diversi stati di ossidazione (come il ferro, il cromo, il manganese, il cobalto) tendono a mostrare il loro stato di ossidazione minimo, che di solito è 2+.

Prodotti di riduzione dell'acido nitrico.
Più attivo è il metallo e minore è la concentrazione dell'acido, maggiore sarà la riduzione dell'azoto.

Metalli non attivi (a destra del ferro) + acido concentrato
Non metalli + acido concentrato
Metalli non attivi (a destra del ferro) + acido diluito
Metalli attivi (metalli alcalini, alcalino-terrosi, zinco) + acido concentrato
Metalli attivi (metalli alcalini, alcalino-terrosi, zinco) + acido di media diluizione
Metalli attivi (metalli alcalini, alcalino-terrosi, zinco) + acido molto diluito

Passivazione:
I metalli non reagiscono con l'acido nitrico concentrato a freddo:

Non reagiscono con l'acido nitrico a nessuna concentrazione.

Prodotti di riduzione dell'acido solforico.

Metalli non attivi (a destra del ferro) + acido concentrato
Non metalli + acido concentrato
Metalli alcalino-terrosi + acido concentrato
Metalli alcalini e zinco + acido concentrato.
L'acido solforico diluito si comporta come un normale acido minerale (ad esempio, l'acido cloridrico).

Passivazione:
Non reagiscono con l'acido solforico concentrato a freddo:

Non reagiscono con l'acido solforico a nessuna concentrazione:

Reazioni tra metalli e acqua o alcali.
In acqua a temperatura ambiente si dissolvono solo i metalli che formano basi solubili (alcali). Questi sono i metalli alcalini (Na, K, etc.) e i metalli del gruppo IIA (come il calcio). In questo caso si forma idrossido e idrogeno. Durante l'ebollizione in acqua si può anche sciogliere il magnesio.
Nei alcali possono dissolversi solo metalli anfoteri: alluminio, zinco e stagno. In questo caso si formano complessi idrossidi e si libera idrogeno.

Attenzione! Molti errori nella risoluzione dei compiti di chimica nell'Esame di Stato sono dovuti alla scarsa preparazione matematica degli studenti. Per voi, abbiamo preparato materiale su come risolvere i compiti sui percentuali, leghe e miscele.

Esempi di risoluzione dei problemi.
Prendiamo in considerazione tre esempi di problemi in cui miscele di metalli reagiscono con acido cloridrico:

Esempio 1. Una miscela di rame e ferro (massa 20 g) reagisce con un eccesso di acido cloridrico, liberando 5,6 l di gas (condizioni normali). Determina la frazione massica dei metalli nella miscela.

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